Переробка нафти. Одержання палива
ЗМІСТ
Вступ
1. Переробка нафти. Одержання палива. Первинна і вторинна перегонка нафти
2. Загальна характеристика авіаційних палив. Вимоги, що пред’являються до авіаційних палив
Висновки
Список використаної літератури
ВСТУП
Рідке паливо одержують, головним чином, у результаті переробки нафти — єдиного рідкого пального, яке одержують з копалин. Нафта утворюється із залишків рослинних і тваринних мікроорганізмів на дні давніх морів і являє собою маслянисту рідину жовтого чи темно-коричневого, а іноді і чорного кольору, у залежності від її складу. Продуктами переробки нафти є високоефективні палива, мастильні і спеціальні олії, бітуми, парафін, сажа й ін. З продуктів нафтопереробки виробляють пластмаси, синтетичні волокна, каучук, барвники, миючі засоби, отруйні хімікати.
Нафта — це суміш великого числа вуглеводнів різної молекулярної маси і хімічної побудови з домішкою сірчистих, азотних і смолистих речовин. У ній міститься вуглецю 82,8 — 87,2%, водню 11,7 — 14,1%, сірки 0,3 — 3,1% і більше, кисню 0,3 — 2,1%, азоту 0,1 — 1,1%, а також у дуже малих кількостях є ванадій, нікель, залізо, хром, германій та ін. В'язкість нафти досягає 80— 100 мм2/с, а щільність 0,73 — 0,95 г/см3. Нафта майже не містить золи; теплота її загорання близько 10 000 ккал/кг, чи 41 900 кДж/кг.
Нафта як паливо безпосередньо майже не використовується, а переробляється в товарні нафтопродукти. Перед переробкою нафту направляють у газовідокремлювачі і виділяють попутний нафтовий газ, а потім очищують від інших домішок: відокремлюють розчинені гази, воду, мінеральні солі, а також механічні домішки — пісок і глину.
1. Переробка нафти. Одержання палива. Первинна і вторинна перегонка нафти
Основними способами одержання нафтопродуктів є пряма перегонка і крекінг. У процесі прямої перегонки нафта розділяється на окремі легкі фракції в залежності від температури кипіння і конденсації. Різні вуглеводні конденсуються при різних температурах: соляровий дистилят — приблизно при 350—300°С, газойлевий — при 300—250 °С, лігроїн — при 250—200°С, бензин — нижче 200 С. Сконденсовані фракції (дистиляти) охолоджуються в теплообмінниках і водяних холодильниках та перетворюються в рідину.
Для перегонки мазуту (80% маси) його піддають повторному нагріванню в вакуумі до 350°С і переводять у пароподібний стан. З продуктів перегонки одержують різноманітні мінеральні олії. Залишок перегонки — гудрон, що представляє собою малорухому масу, використовують для виробництва покрівельних та ізоляційних матеріалів і в будівництві доріг.
Відносно невисокий відсоток виходу світлих нафтопродуктів, особливо бензину, при прямій перегонці нафти обумовив необхідність застосування крекінг-процесу, заснованого на розщепленні довгих молекул важких вуглеводнів на більш короткі молекули, які можуть кипіти при низькій температурі. Розрізняють термічний (високотемпературний) і каталітичний крекінг. При термічному крекінгу (температура його 450—550°С і тиск 3 — 6 МПа) переробляють гас, соляровий дистилят, мазути і гудрон. Однак бензини термічного крекінгу, що представляють собою суміш вуглеводнів, фізично і хімічно недостатньо стійкі, тому використовуються як компоненти автомобільних бензинів. Для одержання бензинів більш високої якості застосовують каталітичний крекінг, при якому бензин виробляється в присутності каталізатора — речовини, що прискорює і поліпшує процеси розщеплення важких вуглеводнів. Температура каталітичного крекінгу 450—500°С, тиск 0,2—0,3 МПа. Як каталізатори застосовуються синтетичні алюмосилікати і деякі глини. Різновидом каталітичного крекінгу є риформінг, призначений для одержання ароматичних вуглеводнів, що є основою високоякісних бензинів. При каталітичному крекінгу як вихідну сировину використовують гасові і солярові фракції прямої перегонки і дистиляти нафтопродуктів вторинного походження.
Нафтове паливо за призначенням підрозділяється на дві основні групи: моторне, або світле, що застосовується для спалювання в двигунах, і котельно-пічне (котельне, газотурбінне і побутове), яке використовується для топок парових котлів, промислових і побутових пічних установок.
Моторне паливо, залежно від виду двигуна, у свою чергу поділяється на сарбюраторне і дизельне, що використовується в двигунах внутрішнього згорання, і паливо для повітряно-реактивних двигунів та ін. На рис. 1 і 2 показані основні види і марки моторних палив.
Бензин є одним з основних видів карбюраторного палива. Він являє собою суміш легких ароматичних, нафтенових і парафінових вуглеводнів. До складу бензину входять вуглець (85%) і водень (близько 15%), а також кисень, азот та сірка. Бензин — безбарвна чи трохи жовтувата рідина з характерним запахом, щільністю 0,7 — 0,8 г/см3. Температура його спалаху нижче — 40 °С, застигання — нижче — 60 °С. Бензин застосовується також як розчинник жирів, смол і інших матеріалів. Основну частину бензину одержують прямою перегонкою і каталітичним крекінгом. Властивості автомобільних бензинів характеризуються теплотою згорання, детонаційною стійкістю, фракційним складом, хімічною стабільністю, вмістом сірки й інших шкідливих домішок.
Здатність палива протистояти детонаційному згоранню називається детонаційною стійкістю і характеризується октановим числом. Чим вище октанове число, тим більше може бути стиснута в циліндрі пальна суміш.
Як еталонне паливо прийнята суміш двох вуглеводнів: ізооктану (С8Н12), що володіє високими антидетонаційними властивостями, і нормального гептану (С7НІ6), що легко детонує. Октановим числом називається умовна одиниця, чисельно рівна відсотку (за об'ємом) озооктану в суміші, що складається з ізооктану і нормального гептану та рівноцінна за своїми антидетонаційними властивостями даному паливу.
Октанове число ізооктану приймається за 100, а нормального гептану за 0. Так, якщо бензин детонує при роботі суміші, яка складається із 76% ізооктану і 24 % нормального гептану, то октанове число такого бензину дорівнює 76.
Рис. 1. Види і марки моторного палива.
Рис. 2. Характеристики моторних палив.
Маркування: промисловість випускає автомобільні бензини марок А-72, А-76, АИ-93, АИ-98. У марці бензину буква «А» показує, що він автомобільний, а цифра — мінімальне октанове число. У бензинах А-72 і А-76 октанове число (72 і 76) установлено моторним методом, а в бензинах АИ-93 і АИ-98 друга буква «Й» показує, що октанове число (93 і 98) установлено дослідницьким методом. Для підвищення детонаційної стійкості в бензини вводять антидетонатори (тетраетилевинцеві рідини — ТЕС), які дуже отруйні, хімічно активні. Такі бензини називаються етилованими. Вони забарвлюються. Бензин А-72 випускається неетилованим: А-76 забарвлюються в жовтий колір, АИ-93 — в оранжево-червоний і АИ-98 — в синій. Усі бензини, крім АИ-98, поділяються на літні, призначені для використання в період з 1 квітня по 1 жовтня, а в південних районах — протягом усього року, і зимові, які використовуються в період з 1 жовтня по 1 квітня, а в північних і північно-східних районах — протягом усього року.
2. Загальна характеристика авіаційних палив. Вимоги, що пред’являються до авіаційних палив
Пальне для авіаційних двигунів, що експлуатуються в різних режимах: звичайному (крейсерському) і форсованому (режимі злету літака), повинно зберігати свою стійкість як на бідних, так і на багатих сумішах. Детонаційна стійкість авіаційного бензину при роботі на бідній суміші оцінюється октановим числом, а при роботі на багатій суміші — сортністю. Сортністю бензину називається число, що показує, яку потужність може розвивати двигун на випробному паливі в порівнянні з ізооктаном, сортність якого прийнята за 100. Наприклад, Б-95/130, Б-100/130.
Фракційний склад є важливим показником якості бензину та його випаровуваності, тобто здатності переходити з рідкого в газоподібний стан. Від випаровуваності палива залежать утворення пальної суміші, тривалість прогріву і легкість пуску двигуна.
Промисловістю випускаються сезонні (літні і зимові) автомобільні бензини. Для бензину зимового виду температура википання 10% палива має бути не більше 55°С, а літнього виду — не більше 70°С.
Хімічна стабільність характеризується стійкістю бензину до окислювання, смоло- і нагароутворення та інших хімічних змін у двигуні, залежить від фракційного складу і вмісту смол та смолоутворюючих речовин.
Вміст смол установлюється спеціальними стандартами і для різних марок бензину не повинен перевищувати 7—15 мг/100 мл.
Хімічна стабільність виражається тривалістю індукційного періоду - часу штучного окислювання бензину в спеціальній лабораторній установці і визначається в атмосфері чистого кисню при тиску 0,7 МПа і температурі ЮО°С.
Для підвищення хімічної стійкості в паливо додають антиокислювачі (деревносмольний, детонафтал й ін.), що підвищують індукційний період окислювання бензину.
Наявність сірки викликає корозію робочих органів двигуна і знижує детонаційну стійкість палива, сприяє утворенню смоли. Чим менший вміст сірки в бензині, тим вища його якість. Наявність сірки визначають випробуванням бензину на корозію відполірованої пластинки з чистої міді. У залежності від марки бензину вміст сірки не повинен бути більше 0,10—0,15%.
ВИСНОВКИ
Відносно невисокий відсоток виходу світлих нафтопродуктів, особливо бензину, при прямій перегонці нафти обумовив необхідність застосування крекінг-процесу, заснованого на розщепленні довгих молекул важких вуглеводнів на більш короткі молекули, які можуть кипіти при низькій температурі. Розрізняють термічний (високотемпературний) і каталітичний крекінг. При термічному крекінгу (температура його 450—550°С і тиск 3 — 6 МПа) переробляють гас, соляровий дистилят, мазути і гудрон. Однак бензини термічного крекінгу, що представляють собою суміш вуглеводнів, фізично і хімічно недостатньо стійкі, тому використовуються як компоненти автомобільних бензинів. Для одержання бензинів більш високої якості застосовують каталітичний крекінг, при якому бензин виробляється в присутності каталізатора — речовини, що прискорює і поліпшує процеси розщеплення важких вуглеводнів. Температура каталітичного крекінгу 450—500°С, тиск 0,2—0,3 МПа. Як каталізатори застосовуються синтетичні алюмосилікати і деякі глини. Різновидом каталітичного крекінгу є риформінг, призначений для одержання ароматичних вуглеводнів, що є основою високоякісних бензинів. При каталітичному крекінгу як вихідну сировину використовують гасові і солярові фракції прямої перегонки і дистиляти нафтопродуктів вторинного походження.
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1. Белосельский Б.С., Солянов В.К. Энергетическое топливо: Учебное пособие для ВУЗов, Москва: Энергия, 1980
2. Бонадренко А.Д. Технология химической промышленности, Киев: Высшая школа, 1982
3. Товарные нефтепродукты, их свойства и применение, Москва: Химия, 1971
|
